低气压气体放电灯知识1
气体放电灯泡
种类
气体放电灯可分为：
1、低气压放电灯：荧光灯（低压汞灯）、低压钠灯、无极灯
2、高强度气体放电灯：荧光高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯、陶瓷金属卤化物灯
其中荧光灯是应该最广泛、用量最大的气体放电光源。
它具有结构简单、光效高、发光柔和、寿命长等优点。
荧光灯的发光效率是白炽灯的4-5倍，寿命是白炽灯的3-8倍，是高效节能光源。
高强度气体放电灯：由于管壁温度而建立发光电弧，其发光管表面负载超过3W/cm2 的放电灯。
如高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等。
其中，金属卤化物灯是在高压汞灯和卤钨灯工作原理的基础上发展起来的新型高效光源，其基本原理是将多种金属卤化物的方式加入到高压汞灯的电弧管中，使这些金属原子像汞一样电子、发光。
充入不同的金属卤化物，可以制成不同特性的光源。
原理
气体放电灯放电发光的基本过程分3个阶段：
①放电灯接入工作电路后产生稳定的自持放电，由阴极发射的电子被外电场加速，电
能转化为自由电子的动能；
②快速运动的电子与气体原子碰撞,气体原子被激发,自由电子的动能又转化为气体
原子的内能；
③受激气体原子从激发态返回基态，将获得的内能以光辐射的形式释放出来。
上述过
程重复进行，灯就持续发光。
放电灯的光辐射与电流密度的大小、气体的种类及气
压的高低有关。
一定种类的气体原子只能辐射某些特定波长的光谱线。
低气压时，
放电灯的辐射光谱主要就是该原子的特征谱线。
气压升高时，放电灯的辐射光谱展
宽，向长波方向发展。
当气压很高时，放电灯的辐射光谱中才有强的连续光谱
结构。
低压汞灯的工作原理
低压汞灯的工作原理
低压汞灯，一种常见的气体放电灯，其工作原理主要基于低气压弧光放电的原理。
在低压汞灯中，汞蒸气压力较低，通常为1.3～13Pa（0.01～0.1mmHg）。
当灯被点燃时，汞蒸气压小于一个大气压，此时汞原子主要辐射波长为253.7nm 的紫外线。
这种紫外线辐射是低压汞灯的主要发光方式，不需要通过其他物质将紫外线转化为可见光。
在低压汞灯中，汞蒸气在通电后释放出紫外线。
这种紫外线具有杀菌作用，原因在于其独特的波长。
细胞对光波的吸收谱线有一个规律，在250~270nm的紫外线有最大的吸收。
被吸收的紫外线作用于细胞遗传物质即DNA，起到一种光化作用。
紫外光子的能量被DNA中的碱基对吸收，引起遗传物质发生变异，使细菌当即死亡或不能繁殖后代，达到杀菌的目的。
这一发现使得低压汞灯在医疗、卫生和日常生活等多个领域得到了广泛应用。
此外，低压汞灯的悬挂高度也会影响其工作效果。
悬挂过高或过低都会降低杀菌效果，因此在使用时需要根据实际情况调整悬挂高度，以达到最佳的杀菌效果。
低压汞灯的工作原理是基于低气压弧光放电的原理，通过释放具有杀菌作用的紫外线来实现杀菌效果。
同时，其悬挂高度也是影响杀菌效果的重要因素之一。
随着科技的不断发展，低压汞灯的应用领域将更加广泛，为人类的生产和生活带来更多的便利和安全。
气体放电灯工作原理
气体放电灯工作原理气体放电灯是一类利用气体放电产生光的照明设备。
常见的气体放电灯包括荧光灯、气体放电管和氙气灯等。
下面是这类灯的基本工作原理：1. 概述：-气体放电灯工作的关键是通过电流通入气体，激发气体原子或分子，使其处于激发态，当它们返回基态时释放出光。
这一过程称为气体放电。
2. 电离：-在灯管中充填有一种或多种气体，通常还包含一定量的汞蒸气或其他辅助物质。
当电流通过气体时，产生的电场引起气体分子的电离。
这些电离的分子和自由电子形成等离子体。
3. 激发态产生：-在等离子体中，气体分子的一些原子或分子被激发到高能级状态。
这个过程需要能量，通常是通过电流的能量传递来实现。
4. 激发态的衰减：-激发态的气体分子不稳定，它们会迅速返回到基态。
在这个过程中，释放出能量。
这个能量以光的形式发射，形成我们所看到的灯光。
5. 荧光物质的使用（荧光灯）：-在荧光灯中，灯管内壁涂有荧光物质（如荧光粉），这些物质能够吸收紫外线辐射并重新辐射出可见光。
因此，荧光灯中的光主要来自荧光物质的辐射。
6. 气体选择：-不同的气体和气压条件可以影响灯的颜色和光谱特性。
例如，氙气灯使用氙气来产生强烈的白色光。
7. 启动：-启动气体放电灯时，需要提供足够的电压，以克服气体的阻抗并引发放电。
启动方法可以包括电流冲击、电磁场激励、电子枪引导等。
8. 调光和稳定：-一些气体放电灯可以通过调整电流或电压来实现调光，而电子元件如镇流器可用于稳定电流和延长灯的寿命。
总体而言，气体放电灯通过电离气体、激发原子或分子、发射光辐射的过程实现光的发射。
这种技术在荧光灯、气体放电管、氙气灯等多种灯具中得到了广泛应用。
低气压气体放电灯光伏照明的最佳光源
第二讲光伏照明的最佳光源小功率陶瓷金卤灯•照明是人类文明的重要部分、也是文明的标杆之一；•照明已发展到了非常高的水平；•照明用电占总发电量的12～14%，同时造成了大量环境问题；•绿色照明是更高文明的标志；•光伏发电、光伏照明是绿色照明的组成部分之一。
太阳是取之不尽的能源•太阳是地球的主要能量源泉，而且是洁净的、可以再生的能源。
•太阳正在以170万亿千瓦的巨大功率无休止地加热地球和维持生命，到达地球表面时仍有不下80万亿千瓦的巨大功率用以维持植物的光合作用和加热山川、海洋和地表。
•植物、动物都是直接或间接依赖太阳能而生存和发展的。
•风、雷、雨、电以及长江、大河完全依赖太阳能，年复一年、周而复始地运作。
•煤、石油、天燃气等地下能源则是古代太阳能的储备。
太阳能光谱地球抚育了人类，人类背叛了地球•资源消耗：每年采挖数百亿吨的煤炭、石油和天燃气；每年以十亿M3计的森林被砍伐。
•废物排放：每年以千亿吨计的CO2；以十亿吨计的SO；2以亿吨计的其它各种有害物质。
•生态破坏，物种绝灭：风暴、水旱、雷电死伤以万计，财产损失每年以千百亿元计，每年绝种动植物以万计，而新产生的有害变异种群层出不穷。
•各种灾祸的主要根源在于大量资源主要是能源的无度消耗。
•拯救地球、拯救人类是迫不急待的任务，要节约资源首先节约能源是当务之急。
光伏发电是一种绿色能源•利用阳光照射到某些半导体材料上的光伏效应可产生电能供应照明——可再生无污染能源。
•可产生光伏效应的物质很多，当前用作光伏电池的主要材料是硅——单晶硅、多晶硅和非晶硅，适当掺杂制成光伏电池。
•光电池：φ为电子逸出功V F 为费米能级导(施(杂能受主(杂能级金属能带图绝缘材料能带图n 型半导体能带图p 型半导体能带图金属-n 型半导体组合光照下的金属-n 型半导体组合金属—n 型半导体光电池挡层挡层n 型半导体n 型半导体n 型半导体金属金属金属金属-p 型半导体组合光照下的金属-p 型半导体组合金属—p 型半导体光电池挡层挡层p 型半导体p 型半导体p 型半导体金属金属金属Si（p-n结）光电池e e e e e(p-n结)N PSi光电池当前Si光电池均采用p-n结结构。
气体放电灯
2.白色
Tc=3500K η =80 单一卤粉
3.冷白色 4.日光灯
Tc=4300K η=78 Tc=6700K η =65 白卤粉＋兰粉
光源原理与设计—低压水银荧光灯
b)根据185nm辐射强度选取
诸定昌
P185(26mm) =2 P185(38mm) P185(17,12mm) =6 P185(38mm)
光源原理与设计—低压水银荧光灯
诸定昌
5.6荧光灯的特性和应用
一.光维持性
定义：光输出随点燃时间的变化光维持性
dF/dt=-kt Ft=F0exp(-kt) F0-Ft=F0[1-exp(-kt)] 光通量可能损失的最大量
光源原理与设计—低压水银荧光灯
诸定昌
考虑不同的影响因素 F0－Ft =A[1-exp(-αrt)]+B[1-exp(βrt)]+C[1-exp(-νrt)]
A/B/C 快、中、慢速反应中最大光通量损失
燃点100小时下的光通量称为初始光通量。
光源原理与设计—低压水银荧光灯
诸定昌
解决途径：(Na-Ca玻璃)
1.用Pb玻璃代替Na-Ca玻璃 2.涂保护膜 防止钠离子与荧光粉的反应
ａ半透明膜 α-Al2O3 ｂ透明膜 稀土氧化铝
3.低铅无钠玻璃
光源原理与设计—低压水银荧光灯
光源原理与设计—低压水银荧光灯
诸定昌
2.电子发射材料
三元碳酸盐：碳酸钡，碳酸锶，碳酸钙
重量百分比： 50%
40% 10%
3.电极的参数
通常PAr=400Pa →Kg=0.2 双螺旋灯丝 Ks1(Ks2)=1.5～2.0 → δ=0.7
光源原理与设计—低压水银荧光灯
诸定昌
最新光源发光原理
3
气体放电光源（低气压）
高频无极灯
其发光原理是：在输入一定范围的电源电压后，高频发生器产生2.65MHZ高频恒电压送 给功率耦合器，由功率耦合器在玻壳的放电空间内建立静电强磁场，对放电空间内的大 气进行电离，并生产强紫外光，玻璃泡壳内壁的三基色荧光粉受强紫外光激励发光。在 电源设计上，由于采用APFC电源控制技术和采用IC技术，一方面使得电源的功率因数高 达0.95以上；另一方面使得高频发生器始终以高频恒电压点灯。所以，输入的电源电压 在一定范围内波动时，其发光亮度均不变。
单位: 流明 (lm)
如40瓦白炽灯光通量400流明
照度
光源照射在被照物体单位 面积上的光通量大小。
单位: 勒克斯 lx 1勒克斯=1流明/1平米
Lumen m2
光强 光源在某一给定方向的立 体角内发射的光通量称为 该方向上的发光强度 光强是指在特定方向上的 光输出大小。
单位:坎德拉 candela (cd) 1cd=1 lm/sr sr-球面度
型式
光源效率 （LM/W）
平均寿命 （小时）
பைடு நூலகம்特性
使用范围
普通灯泡
NORMAL INCANDESCENT LAMPS
8--18
1000
安装及使用容易，立即 住宅之基本照明及装饰
可以启动，成本低
性照明
反射灯泡 REFLECTOR LAMPS
8--18
1000
反射灯泡可以做聚光投 反射灯泡可用于重点照
射
白炽灯的发光体是用金属钨拉制的灯丝，这种材料的特点是其熔点很高，在高温下仍 保持固态。一只点亮的白炽灯的灯丝温度高达3000℃。炽热的灯丝产生了光辐射，使 电灯发出了明亮的光芒。
9 气体放电照明知识
r过程使放电出现新的特点，r过程产生的次 级电子也能参加繁流。 如果同一时间内，由于r过程产生的电子数， r 恰好等于飞抵阳极的电子数，放电就能自行 维持而不依赖于外界电离源，这时就转化为 自持放电。
南京理工大学电气工程系
2-41
气体的着火电压
巴邢定律
1889年，L.C.帕邢发现，对于平行平板电极 系统，在其他条件相同时，着火电压是气体 压力p与电极距离d乘积的函数。 可知，着火电压有一最低值。在最低值右边， 着火电压随pd的增大而提高，在其左边，则 随pd的减小而提高。
南京理工大学电气工程系
2-6
5 光效
单位为流明每瓦特（lm/W） 光源发出的光通量除以光源功率所得之商
南京理工大学电源对物体色表的影响，该影响是由于 观察者有意识或无意识地将它与参比光源下 的色表相比较而产生的。
南京理工大学电气工程系
2-8
7 显色指数
符号为R 在具有合理允差的色适应状态下，被测光源 照明物体的心理物理色与参比光源照明同一 色样的心理物理色符合程度的度量。
南京理工大学电气工程系
2-15
要激发一个原子，使其从能级为E1的状态跃 迁到能级为Em的状态,就必须给予(Em-E1) 的能量 这个能量所相应的电位差设为eVe，则有 eVe＝Em－E1 电位Ve称为激发电位。
南京理工大学电气工程系
2-16
即使电子能量等于或高于激发能量，碰撞未 必都能引起激发，而是仅有一部分能引起激 发。 引起激发的碰撞数与碰撞总数之比，称为碰 撞几率。
南京理工大学电气工程系
2-38
南京理工大学电气工程系
2-39
汤生放电理论表明，电子数目随距离d指数 增长。 在一些光电器件中，特意充入一些惰性气体， 使光电阴极发射的电子在气体中进行繁流， 以得到光电流的放大，提高器件的灵敏度。 放电中产生的正离子最后都抵达阴极。 正离子轰击阴极表面时，使阴极产生电子发 射；这种离子轰击产生的次级电子发射，称 为r过程。
低气压气体放电灯知识2
荧光灯中的荧光粉
• 卤粉：锑锰激活的卤磷酸钙荧光粉Ca10(PO4)6(F,Cl)2： Sb，Mn
• 晶格中锑离子吸收253.7光子被激发，辐射跃迁发 光； • 被激锑离子(晶格点陈)与锰离(晶格)碰撞传递能量， 锰离子被激发，辐射跃迁发光。 • 锰含量调节色温及显色性。 • 卤粉的缺点是显色性差，不耐高能量电子、离子轰 击，光衰较大。 • 所以卤粉荧光灯较粗（T8，T9，T10，T12）以降低 电子轰击力度。
• 金卤灯的辐射光谱主要是充入的各种金属卤化物金属原 子的谐振辐射光谱。
→ MX ↑ • 管壁温度下金属卤化物蒸发 MX • 在高温电弧(5000~6000K)附近，金属卤化物分解
1100 K
K MX 5000 →M + X
• 电子激发金属原子产生谐振辐射
M + e 激发 → M '+ e(υ ↓)
石英金卤灯的优点
GE和飞利浦各花费20年时间、数十亿美元研发成功 二款金属卤化物灯，当时被认为是完美无缺的最好光源。 • 显色性好（Ra：60~85） • 光效高（60~90lm/W） • 寿命长>6000hr • 功率范围宽（50~4000W/只） • 点光源
石英金卤灯的缺点
• 石英壳温度限制(<900℃)，冷端温度偏低，色温不 一，不稳定。 • 钠离子渗漏。 边杆光电子发射、管壳外壁负电子积累、电弧管壳内 壁正钠离子穿过电弧管壁，与电子中和，并积累在外 壁表面。 • 钠渗漏导致色温升高，光衰加大，寿命缩短。
钠原子能级图
Na灯光谱
• 低压钠灯主要辐射能量为589.0、589.6nm两条 谱线常称双D线； • 双D线占其总辐射功率的60%以上； • 低压钠灯光效可达250lm/W～300lm/W； • 由于是单光谱辐射，显色指数极低。欧洲等地用 作港口、隧道等多雾地段的室外照明，透雨雾力 强。
低气压气体放电灯中的基本过程和特征
第八讲气体放电中的基本过程和特征大气中粒子间的碰撞•微粒间的大多数碰撞为弹性碰撞，即碰撞前后动量守恒、动能守恒，没有内部能量的变化。
•很少一部分碰撞为非弹性碰撞，前提是粒子的动能或势能很大，引起了粒子间内能的交换。
•碰撞前后遵守总能量守恒、总动量守恒。
•非弹性碰撞的主要类型：激发碰撞、电离碰撞。
原子的能级•原子(价电子)的能级•激发跃迁•谐振能级•谐振激发•亚稳激发•跃迁辐射νν•激发几率ε激发几率123汞原子能级图•谐振能级：61P 1，63P 1•亚稳能级：63P 0，63P 2分子的能级分子的能级=分子中该原子价电子的能级+分子的振动态能级+分子的转动态能级三原子分子的振动原子间距分子的转动二原子分子的振动原子和分子的发射光谱原子振动转动对光谱的影响原子的线光谱多原子分子振动能级的影响能级展宽则出现连续光谱•电离：中性原子或分子分裂成正离子和电子。
Ø电子碰撞产生电离；Ø离子碰撞产生电离；Ø吸收光子的光电离；Ø热电离；Ø强电场电离；Ø激发原子产生的电离。
•电离几率汤生放电•离子轰击电极产生的二次电子发射数；•放电自持条件α：汤生第一电离系数，即电子在进程中在电场方向每厘米产生的电离数(电子对/cm)，决定于电子能量和气体种类和气压。
γ：汤生第三电离系数≈10-3电子/离子•原始电离：宇宙射线、地壳辐射形成数十离子对/cm 2；•汤生放电：原始电离引发；)1(−==do d xo e e n n e n n ααγ1)1(=−d e αγCA气体的击穿——巴刑定律•气体从绝缘体变成导电体的条件和过程；•气体中带电粒子密度>1011离子对，即为击穿；•击穿电压V=f（p.d）•P·d=常数V=常数•只要气压极间距离的乘积不变、击穿电压不变。
vCA汤生放电的发展•——放电平衡自持(巴邢定律)•离子质量大、速度慢，从阳极附近开始正电荷积累并向阴极发展。
四代光源情况介绍
四代光源情况介绍稿一：文字叙述1.第一代光源-白炽灯1879年,美国爱迪生发明了具有实用价值的碳丝白炽灯,使人类从漫长的火光照明时代进入电气照明时代。
也宣告了第一代光源-白炽灯的诞生。
现代白炽灯是靠电流加热灯丝至白炽状态而发光。
其具有光谱连续，显色性好，结构简单，可调光，无频闪等优点，使得其在随后的数十年间取得了快速发展。
2.第二代光源-低气压气体放电灯20世纪30年代，荷兰科学家开发出第一支荧光灯，随后又开发出了集成镇流器于一体的紧凑型荧光灯。
由于其采用创新性的气体放电原理，即由受激发的汞蒸气放电时发出的紫外线激发管内荧光粉而发光。
其具有发光效率高，寿命长，光色好等优点，使得其在家居、办公、商业照明灯领域逐渐取代白炽灯成为使用最广泛、最成功的灯种之一。
近年来欧、美等发达国家以及古巴、菲律宾等发展中国家都颁布法令或制定逐步淘汰白炽灯的计划，大力推广高效节能的荧光灯。
同时也对荧光灯提出了更高的要求，要求更长的寿命，更高的光效，更紧凑的结构，更环保的固汞，更少的汞量等绿色环保节能要求。
在荧光灯开发成功的同时代，基于同样工作原理的紫外线灯，也成功开发出来应用在杀菌消毒，固化，验钞等领域，随着其工艺技术水平的不断提高，紫外线在其特殊的应用领域还将继续不断发挥其重要的作用。
3.第三代光源-HID高强度气体放电灯（High Intensity Discharge）20世纪40-60年代，科学家发现提高气体放电的工作压力表现出的优异特性，又不断地开发出高压汞灯，高压钠灯，金属卤化物灯等高强度气体放电灯,由于其具有功率密度高，结构紧凑，光效高，寿命长等优点，使得其在大面积泛光照明、室外照明、道路照明及商业照明等领域得到广泛应用。
目前陶瓷金属卤化物灯代表了HID灯技术发展的最高水平。
4.第四代光源-LED发光二极管（Light Emitting Diode）20世纪60年代，科学家开发出第一个实用可见光LED，随后又相继开发出各种单色光LED。
固态汞知识
固汞在低气压气体放电灯中的应用一、固汞的分类我国古代将“合金”称为“齐”，汞与其它金属组成的合金叫汞齐。
汞齐种类很多，也有多种制造方法。
灯用汞齐有：Zn-Hg、Bi-Pb-Sn-Hg、Bi-In-Hg等，也包括Zn、Ni、Hg圆柱体汞齐。
固态汞指汞大部分以原子或微细汞粒形式吸附在载体中的含汞固体混合物。
如：Fe、Cu 等金属与汞组成的圆柱体固态汞，该固态汞中也含少部分汞齐，这种固态汞汞蒸汽压温度特性几乎与液汞完全一样我们将汞齐和固态汞统称为固汞，固汞常温下呈固体态。
1、固汞按制造方法、颗粒形状分：熔融滴制法，颗粒为球体，产品有Zn-Hg、Sn-Hg、Zn-Sn-Hg、Bi-Sn-Hg、Bi-Pb-Sn-Hg、Bi-In-Hg、In-Pb-Hg等球丸;压制法，颗粒常为圆柱体，产品有Zn、Ni、Hg圆柱体汞齐，Fe、Cu、Hg圆柱体固态汞。
2、固汞按控制汞蒸汽特性可分为两大类：一类是非控制汞蒸汽压型，包括固态汞和部分汞齐。
这类固汞特点：①蒸汽压随固汞温度变化的规律与液汞接近，温度低，汞蒸汽压低，温度高，汞蒸汽压高，对应饱和汞蒸汽压为0.8Pa或1.0Pa的温度不同。
②光输出从90%到100%波动对应的连续的工作温度——下称ΔT90约25℃，光输出从95%到100%波动对应的连续的工作温度——下称ΔT95约15℃，缺乏一个使光输出稳定的较宽的工作温度区域。
③低温或常温下饱和汞蒸汽压略小于液汞。
这类固汞一般均不需要辅助In网帮助启动，用于代替液汞。
另一类为控制汞蒸汽压型，如：Bi-Pb-Sn-Hg、Bi-In-Hg、In-Pb-Hg等，这类固汞能在较宽的温度区域将汞蒸汽压控制在1.0 Pa附近，固汞工作于较高的温度下仍可使灯获得高光效。
控制汞蒸汽压型固汞随各金属元素组份不同，其工作温度区域ΔT90、ΔT95不同。
ΔT90一般大于35℃，ΔT95大于25℃。
控制汞蒸汽压型固汞一般均需要辅助In网帮助启动。
气体放电光源有哪些
气体放电光源有哪些
气体放电光源有哪些
1、低压放电光源
灯内气体的总压强约1%大气压左右。
低气压放电光源有两种：辉光放电光源（霓虹灯、氖灯等）和弧光放电光源（低压钠灯、荧光灯、紫外线灯合部分感应无极灯等）。
低压气体放电灯发光体较大，发光均匀。
其工作电流较小，辉光放电灯在几百毫安以内，弧光放电灯在1安培以内。
灯功率因而也较小，一般在200瓦以内。
低压气体放电灯从启动方式看有冷阴极和热阴极两种。
冷阴极灯不需预热可直接高电压启动，如霓虹灯。
热阴极灯需进行预热，当灯丝达到电子发射温度时再启动，如预热式荧光灯，需配用适宜的启动器进行预热启动。
低压气体放电灯在灯点燃熄灭后一般可以立即再启动点燃。
低气压气体放电灯知识1
第九讲几种主要放电辉光放电•负辉区电位最高最亮，正离子浓度最大•阴极位降区厚度50~100电子自由层•阴极位降高作，5~10倍电离电位U i•正柱区n e ≈n i 为等离子体，电位梯度很小，正柱区可短可长。
•正柱区中电子、离子作杂乱运动，密度大、激发效率高。
•正常辉光放电的阴极电流密度及阴极位降不变，阴极参加放电面积与电流成正比；•全部阴极参加放电后，阴极位降及电流密度均随电流加大而加大——异常辉光放电；•在异常辉光放电阶段随电流加大阴极温度上升，在产生足够的热电子发射后转化为弧光放电。
1)1(=−d e αγ空心阴极放电•适当提高气压负辉区缩向阴极。
•负辉区收缩，到槽形(碗形、圆筒形)电极中空部分•负辉区中正离子电荷占优势，相当于阳极延伸到空心阴极中。
•负辉区的全部离子、光子绝大部分打上阴极，产生二次电子和光电子发射，电子发射效率高、密度大、同时产生大量电离，正离子密度大、阴极位降低、放电效率高。
•电极的大密度电子发射在空心阴极中的电离和激发效率很高。
•放电稳定、阴极溅散小、寿命长。
弧光放电•电弧压降低、发射密度大，是一种高效低电压、大电流放电。
•在高气压下转化为高电压降大电流放电。
•电子发射机理与辉光放电不同，通常弧光放电的电极为自热式，其电子发射亦为热阴极电子发射。
•采用液态汞作阴极时则放电由场致发射维持。
•电流上升阴极温度升高、发射密度加大满足全回路平衡。
•阴极热点温度高、发射密度大、虚阴极强。
•负辉区正电荷空间电荷作用大，与阴极之间形成偶电层，其间的电场强。
•阴极位降厚度薄，约一个电子自由层。
•阴极发射密度大（离子的二次电子发射与负辉区光子的光电发射），阴极位降）。
低（约1个电离电位Ui弧光放电呈负特性•其他条件不变时电流上升灯压降下降；•电流上升，阴极温度上升，发射加大，虚阴极电位下降；n i上升，•电流上升，空间电荷密度ne、电场下降，灯电阻下降；•综合各种影响灯压降的因素，弧光放电呈负特性。
1-1 气体放电基础知识
高压电气设备绝缘预防试验及电气设备状态检修参考教材：电力系统状态检修技术气体放电基础知识关于气体击穿常用气体绝缘介质：空气、SF6、CO2、N2、混合气体（SF6+ CO2、SF6+N2）等。
气体击穿：正常情况下气体是良好的绝缘介质，但当电场强度达到一定数值后，气体会失去绝缘能力（气体击穿）。
气体击穿是气体绝缘失败的最后表现形式，深入了解气体击穿的发展过程，对于提高分析问题、解决问题的能力更有意义。
平均电场强度与最大电场强度尖端效应或边缘效应电极表面的电场强度与其表面电荷密度成正比。
在电极尖端或边缘的曲率半径小，表面电荷密度大，电力线密集，电场强度高，容易发生局部放电。
这种现象称为尖端效应或边缘效应。
尖端效应或边缘效应是极不均匀电场的重要标志。
工程上常需改善电极形状，避免电极表面曲率过大或出现尖锐边缘。
分析绝缘结构的击穿电压时，不仅要考虑绝缘距离，而且还要考虑电场不均匀程度的影响。
对于同样距离的间隙，电场愈不均匀，通常击穿电压愈低。
茹柯夫斯基电极任一等位面上电场强度最大值：12211222C UU C C =+静电感应现象电容分压导体受邻近带电体的影响，在其表面不同部位出现正负电荷的现象称为静电感应。
气体放电的几个概念：气体放电：气体中出现电流的各种形式统称为气体放电。
气体击穿：由于外施电压升高，电流突然剧增，气体失去绝缘性能。
气体由绝缘状态突变为良导电态的过程，称为击穿。
沿面闪络：当击穿过程发生在气体与液体或气体与固体的交界面上时，称为沿面闪络。
气体放电的基本形式包括：1、电晕放电（局部放电）；2、辉光放电；3、电弧放电；4、火花放电。
气体击穿后的放电形式受气体压力、电源功率、电极形状等因素的影响。
1、电晕放电：随着电压升高，在电极附近电场最强处出现发光层。
发生电晕放电时，气体间隙的大部分尚未丧失绝缘性能，放电电流很小，间隙仍能耐受电压的作用。
2、辉光放电：当气体压力不大、电源功率很小（放电回路中串入很大阻抗），外施电压增到一定值后，回路中电流突增至明显数值，管内阴极和阳极间整个空间出现发光现象。
气体放电灯资料
气体放电灯科技名词定义中文名称：气体放电灯英文名称：gaseous discharge lamp定义：灯内两个电极在电场作用下，电流通过一种或几种气体或金属蒸气而放电发光的电光源。
应用学科：电力（一级学科）；配电与用电（二级学科）气体放电灯气体放电灯是由气体、金属蒸气或几种气体与金属蒸气的混合放电而发光的灯。
通过气体放电将电能转换为光的一种电光源。
气体放电的种类很多,用得较多的是辉光放电和弧光放电(见电弧放电）。
辉光放电一般用于霓虹灯和指示灯。
弧光放电可有很强的光输出，照明光源都采用弧光放电。
荧光灯、高压汞灯、钠灯和金属卤化物灯是应用最多的照明用气体放电灯。
种类气体放电灯可分为：1、低气压放电灯：荧光灯（低压汞灯）、低压钠灯、无极灯2、高强度气体放电灯：荧光高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯、陶瓷金属卤化物灯其中荧光灯是应该最广泛、用量最大的气体放电光源。
它具有结构简单、光效高、发光柔和、寿命长等优点。
荧光灯的发光效率是白炽灯的4-5倍，寿命是白炽灯的3-8倍，是高效节能光源。
高强度气体放电灯：由于管壁温度而建立发光电弧，其发光管表面负载超过3W/cm2 的放电灯。
如高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等。
其中，金属卤化物灯是在高压汞灯和卤钨灯工作原理的基础上发展起来的新型高效光源，其基本原理是将多种金属卤化物的方式加入到高压汞灯的电弧管中，使这些金属原子像汞一样电子、发光。
充入不同的金属卤化物，可以制成不同特性的光源。
原理气体放电灯放电发光的基本过程分3个阶段：①放电灯接入工作电路后产生稳定的自持放电，由阴极发射的电子被外电场加速，电能转化为自由电子的动能；②快速运动的电子与气体原子碰撞,气体原子被激发,自由电子的动能又转化为气体原子的内能；③受激气体原子从激发态返回基态，将获得的内能以光辐射的形式释放出来。
上述过程重复进行，灯就持续发光。
放电灯的光辐射与电流密度的大小、气体的种类及气压的高低有关。
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第九讲几种主要放电
辉光放电
•
负辉区电位最高最亮，正离子浓度最大•
阴极位降区厚度50~100电子自由层•
阴极位降高作，5~10倍电离电位U i
•正柱区n e ≈n i 为等离子体，电位梯度很小，正柱区可短可长。
•正柱区中电子、离子作杂乱运动，密度大、激发效率高。
•正常辉光放电的阴极电流密度及阴极位降不变，阴极参加放电面积与电流成正比；
•全部阴极参加放电后，阴极位降及电流密度均随电流加大而加大——异常辉光放电；
•在异常辉光放电阶段随电流加大阴极温度上升，在产生足够的热电子发射后转化为弧光放电。
1
)1(=−d e αγ
空心阴极放电•适当提高气压负辉区缩向阴极。
•负辉区收缩，到槽形(碗形、圆
筒形)电极中空部分
•负辉区中正离子电荷占优势，相
当于阳极延伸到空心阴极中。
•负辉区的全部离子、光子绝大部
分打上阴极，产生二次电子和光
电子发射，电子发射效率高、密
度大、同时产生大量电离，正离
子密度大、阴极位降低、放电效
率高。
•电极的大密度电子发射在空心阴
极中的电离和激发效率很高。
•放电稳定、阴极溅散小、寿命
长。
弧光放电
•电弧压降低、发射密度大，是一种高效低电压、大电流放电。
•在高气压下转化为高电压降大电流放电。
•电子发射机理与辉光放电不同，通常弧光放电的电极为自热式，其电子发射亦为热阴极电子发射。
•采用液态汞作阴极时则放电由场致发射维持。
•电流上升阴极温度升高、发射密度加大满足全回路平衡。
•阴极热点温度高、发射密度大、虚阴极强。
•负辉区正电荷空间电荷作用大，与阴极之间形成偶电层，其间的电场强。
•阴极位降厚度薄，约一个电子自由层。
•阴极发射密度大（离子的二次电子发射
与负辉区光子的光电发射），阴极位降
）。
低（约1个电离电位U
i
弧光放电呈负特性
•其他条件不变时电流上升灯压降下降；•电流上升，阴极温度上升，发射加大，虚阴极电位下降；
n i上升，•电流上升，空间电荷密度n
e、
电场下降，灯电阻下降；
•综合各种影响灯压降的因素，弧光放电
呈负特性。
•气压上升，电子的碰撞频率增加，电子动能损失增加，阻力加大，电子运动减
缓，同样电流时空间电场加强，灯压降
上升；
•弧光放电需要镇流器补偿其负特性，以保证电流不致无限上升。
高气压弧光放电中的谱线增宽
•低气压下原子的线辐射
光谱，波长十分严格；
•高温下的多普勒效应—
谱线的速度增宽；
•高气压下的碰撞增宽—
压力增宽
•斯托克增宽：电场干扰
•塞曼效应：磁场分裂
•所有高气压放电灯都有
显著的谱线增宽。
•谐振吸收与谐振辐射；
•光性厚与光性薄；
•所有高气压放电灯都产生谱线增宽—形成连续光谱；
•所有高气压放电灯的主要激发区（谐振辐射）均产生强烈的谐振吸收，该气体分压强、高到一定程度时形成凹陷—光性厚。
•高压钠灯的589nm 凹陷1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0350400450波长（nm ）
550600650700800
500相对
值
•电晕放电：放电区域半击穿的高压放电；
•火花放电：高气压、高电压、高电源内阻；
•脉冲放电：高气压脉冲辉光放电、间隙放电、脉冲辉光放电、高气压脉冲弧光放电、脉冲弧光放电。